[發明專利]一種通過界面調控制備碳納米管/銅復合材料的方法

有效

• 申請號: 202110264109.6
• 申請日: 2021-03-11
• 公開（公告）號: CN113005320B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 陶靜梅;劉楊;易健宏;鮑瑞;劉意春;李鳳仙;李才巨;游昕;談松林
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C9/00;C22C32/00;B22F3/105;B22F9/04
• 代理公司: 昆明同聚專利代理有限公司 53214
• 代理人: 王遠同

本發明公開一種通過界面調控制備碳納米管/銅復合材料的方法，屬于金屬基復合材料制備領域。本發明以CNTs、Ti粉以及Cu粉為原料，采用高能球磨，無壓放電等離子燒結（SPS）工藝等制備出碳納米管包覆碳化鈦鍍層增強銅基復合材料。本發明所述方法通過在CNTs表面包覆界面相鍍層，降低與Cu粉的密度差并在不破壞CNTs結構的前提下使得增強體在Cu基體中分散更加均勻；同時由于界面相鍍層的存在降低了CNTs與Cu之間的潤濕角，從而改善增強體與Cu基體間的界面結合；此外，通過調節生成TiC鍍層的Ti粉與CNTs含量可控制生成TiC鍍層的含量及形貌，從而制備力學性能優異的復合材料。

技術領域

本發明涉及一種通過界面調控制備碳納米管/銅復合材料的方法，屬于金屬基復合材料制備領域。

背景技術

碳納米管（CNTs）由于其優異的力學、電學和熱學性能而被視為復合材料領域理想的增強體之一。銅基復合材料由于其良好的導電、導熱以及耐腐蝕性而廣泛應用于電子器件，集成電路散熱板，汽車轉子等領域。在碳納米管增強銅基復合材料的研究中，如何發揮CNTs與Cu各自的優點，制備出力學、電學性能優良的復合材料引起了海內外學者廣泛的研究。

在CNTs/Cu基復合材料中，CNTs由于其自身范德華力的存在極易團聚，從而造成在Cu基體中的分散不均勻，以及CNTs與Cu基體界面之間潤濕性差，導致了在拉伸實驗中復合材料的過早失效，不能充分發揮CNTs優良的性能，如何改善上述問題成為獲得性能優良的CNTs/Cu復合材料的關鍵。

發明內容

本發明的目的在于提供一種通過界面調控制備高強高韌碳納米管/銅復合材料的方法，制備方法主要為：在不破壞CNTs完整結構的前提下在CNTs表面包覆界面相鍍層，降低與Cu的密度比，從而提高增強體在Cu基體中的分散性，同時改善增強體與Cu基體間的界面結合，提高復合材料的力學性能；具體步驟如下：

（1）將酸化的CNTs和Ti粉分別加入到酒精中進行超聲處理，獲得分散均勻的CNTs與Ti粉溶液，其中，CNTs與Ti粉質量比為1:4。

（2）將步驟（1）中制備的溶液放入球磨罐中進行初次球磨，待球磨結束，額外加入經過超聲分散的CNTs，繼續第二次球磨，待球磨結束后抽濾、干燥并研磨得到CNTs-Ti-CNTs復合粉末。

（3）將步驟（2）中所獲得的CNTs-Ti-CNTs復合粉末經過無壓SPS燒結獲得TiC@CNTs復合粉體。

（4）將步驟（3）中所制得的TiC@CNTs超聲分散在酒精中，與Cu粉混合球磨，球磨后得到TiC@CNTs/Cu復合粉體。

（5）將步驟（4）中所制得的TiC@CNTs/Cu復合粉末經SPS燒結，得到TiC@CNTs/Cu復合塊體材料。

優選的，本發明步驟（1）中超聲處理時間為0.5~1.5 h；

優選的，本發明步驟步驟（2）中初次球磨時間為20~24h，第二次球磨時間為0.5~3h。

優選的，本發明步驟（2）中額外添加CNTs質量與CNTs與Ti粉質質量之和的比例為1:8~4:1。

優選的，本發明步驟（3）所述無壓SPS燒結工藝為：升溫速率為100~200℃/min，燒結溫度為900~1300℃，保溫時間為5~30min。

優選的，本發明步驟（4）所述TiC@CNTs/Cu復合材料中Cu粉的體積分數為97.5vol%~99.5vol%，中TiC@CNTs/Cu復合材料中TiC@CNTs體積分數為0.5~2.5 vol%。

優選的，本發明步驟（5）中SPS燒結工藝為：升溫速率為100~200℃/min，溫度為600~900℃，保溫時間為5~20 min。

本發明的有益效果：